基于自动寻迹的智能公交车系1

1、摘要：本设计采用SST89E58RD作为智能公交车的控制核心。小车具有以下几个主要功能：寻迹功能（按路面的黑色轨道行驶）；感光功能（寻找前方的光源并行驶到位）；停站报站功能（在站点停站并用蜂鸣器报站、数码管显示站点），除此之外，还能防干扰。关键字：智能小车寻迹行驶 感光电路停站报站一、总体设计方案1、系统总体设计思路 本系统通过单片机、路面检测、寻光光路、显示播报、电动机驱动各模块实现了智能公交车准确寻迹、自动检测黑带、自动报站等功能。显示播报电动机驱动寻光电路路面检测停站单片机 图1 智能公交车的系统方框图2、方案论证与比较（1）单片机模块的设计方案论证与选择方案一：采用FPGA作为系统主控

2、器。FPGA可实现各种复杂逻辑功能，规模大，集成度高，体积小，稳定性好，IO资源丰富、易于进行功能扩展，处理速度快，但适用于大规模实时性要求较高的系统，价格高，编程实现难度大。本系统只需完成信号检测和电机驱动的控制，逻辑功能简单，对控制器的数据处理能力要求不高，故不选择此方案。方案二：采用嵌入式系统作为主控器。嵌入式系统工作频率较高，速度较快，控制功能很强，也有较强的数据处理能力。但同样价格高，编程实现难度大。方案三：采用SST89E58RD单片机来作为整机的控制单元。SST89E58RD是一个低功耗、高性能8位单片机，片内含8 KB Flash片内程序存储器，256 Bytes RAM，32

3、个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级，2层中断嵌套中断等。价格便宜，并且SST89E58RD是我们的教学内容，使用方便，编程实现难度低，适合我们更好的实现本系统的控制功能。 （2）电机控制模块的设计方案论证和选择方案一：采用步进电机作为该系统的驱动电机，由于其转过的角度可以精确定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转度时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统，经综合比较考虑，我们放弃了此方案。方案二：采用直流减速电机。直流减速电机力矩大，体积小，重量轻，装备简单，使用方便。由于

4、其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以长生较大扭力，价格比步进电机要便宜好多。（3）电机驱动模块的设计方案论证和选择方案一：利用9012、2SC8050及电机构成驱动电路。 如果单片SST89E58RD控制口输出高电平，9012截止，2SC8050截止，电机停止运转。该电路比较简单，输出功率足够大，足以驱动电机工作，并且电机工作时三极管性能非常稳定。但该方案中单片机部分和电机供电部分没有完全隔离，而电动机在切换时会产生巨大的反电动势，经常烧坏单片机，功耗很大。方案二：采用集成芯片L298N驱动步进电机。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，响应频率较高，稳定性较

5、好。但本系统两个电机时序不同，会出现需要不同延时程序的情况，系统处理负荷大，影响电机工作，同时价格相对较高。方案三：因为小车电机装有减速齿轮组，考虑不需调速功能，采用市面易购的电机驱动芯片L293D，该芯片是利用TTL电平进行控制，对电机的操作方便，通过改变芯片控制端的输入电平，即可以对电机进行正反转操作，很方便单片机的操作，亦能满足直流减速电机的要求，所以采用方案三。（4）寻找光源模块的设计方案论证和选择方案一：在小车前面装上几个光电开关，通过不同方向射来的光使光电开关工作，从而对小车行驶方向进行控制，根据光电开关特性，只有当光达到一定强度时才能够导通，因此带有一定的局限性。方案二：在小车前

6、面装上参数一致的光敏电阻，再送入单片机，单片机再对读入的几路进行比较，然后发出命令对外围进操作。对方案一、二进行比较，方案二硬件简单，易于实现，所以采用方案二。（5）路面检测寻迹模块的方案论证和选择方案一：采用发光二极管发光，用光敏二极管接收。由于光敏二极管受可见光的影响较大，稳定性差。方案二：利用红外线发射管发射红外线，红外线二极管进行接收。采用红外线发射，外面可见光对接收信号的影响较小，再用射极输出器对信号进行隔离。本方案也易于实现，比较可靠，因此采用方案二。（6）显示播报模块的方案论证和选择方案一：采用LCD显示，用单片机可实现显示数据,但是控制比较复杂，编程工作量大，控制器的资源占用较

7、多。其成本也偏高，而且也容易受到干扰和损坏。方案二：采用LED七段数码管，采用经典电路译码和驱动。LED具有低耗能、低压、长寿命、耐老化、防高温等一系列优点。对外界环境要求低。数码管采用BCD编码显示数字，容易编程，资源占用少。（7）小结经过一番仔细的论证与比较，我们决定了系统各个主要模块的最终方案如下：控制器：采用嵌入式系统作为主控器电机控制模块：采用直流减速电机电机驱动模块：采用L293D驱动电路路面检测模块：采用红外对管电路寻光电路模块：采用光敏电阻电路显示播报模块：采用LED显示模块二、硬件电路设计1、整机电路设计系统整机电路如附录1所示。单片机系统作为控制核心,实时接收光电传感器的输

8、出信号,经数据处理后送给各单元电路,控制各部分电路工作。2、各模块主要电路设计（1）单片机模块的设计单片机在整个的设计当中是处于核心部分，智能公交车所有的运行状态都需要通过单片机的运算和处理才能完成。这里单片机主要完成路面检测、光源的检测、系统定时、显示与播报等，同时单片机还完成了对电动机运行状态的控制。（2）电机驱动模块的设计智能公交车电机为直流减速电机，带有齿轮组，考虑不需调速功能，采用市面易购的电机驱动芯片L293D。该芯片是利用TTL电平进行控制，通过改变芯片控制端的输入电平，可以对电机进行正反转操作，很方便单片机的操作。高电压，高电流，四通道驱动，设计用来接收DTL或者TTL逻辑电平

9、，驱动感性负载(比如继电器，直流和步进马达)，和开关电源晶体管。内部包含4通道逻辑驱动电路。其额定工作电流为1A，最大可达，Vss电压最小4.5V，最大可达36V；Vs电压最大值也是36V，经过实验，Vs电压应该比Vss电压高，否则有时会出现失控现象。调试时，用程序输入对应的码值，能够实现对应的动作，调试通过。电机驱动电路如下图所示（3）路面检测模块的设计路面检测模块实现电动车跟随黑线轨道行驶，在行驶的途中不能超出轨道。采用红外线发射管发射红外线，红外线二极管进行接收，受外界影响小，抗干扰性能较好。路面检测电路如下图所示：（4）寻光电路模块的设计采用光敏电阻，当光敏电阻受到光照时，其电阻变小，

10、LM339输出低电平，将信号发送到单片机，单片机对信号作出处理，控制小车停止，并由LED灯显示到站；当光照消失时，电阻也逐渐恢复原值，LM339输出高电平，同理，单片机控制小车继续行驶。寻光电路下图所示（5）显示播报模块的设计显示播报模块可提前报站，电路图如图6，当小车到站时，由寻光电路产生的信息进入单片机，由单片机控制播报系统，进行下站提示，提示以声、光信息发出。第一、二站时蜂鸣器分别响一、二声，同时数码管显示一、二站。三、测试方法与测试结果1、测试仪器：示波器、手电筒、万用表、黑色胶带2、测试方法：路面检测模块：用黑色胶带模拟的的跑道检测小车是否寻迹（指示灯在黑带上亮）。寻光模块：用手电筒

11、照射光敏电阻，观察小车是否报站和停车。电机驱动模块：将电机接在293D的输出端，看小车是否行使。最小系统检测：将单片机的30引脚接到示波器的输入端，观察是否输出方波。3、测试结果：经测试小车可以寻迹，遇到光能停站、报站、显示站点。四、讨论经过一个多月的努力，终于将作品完成。一个月我们收获很多，从对色环电阻的陌生到对很多芯片的熟练，我们在摸索着前进。这个过程中总会出现各种错误，但我们都没有放弃，依然坚持着，最终依依克服。即使是一个小小的错误，单片机也不工作，小车也不走，这就要求我们必须耐心，必须经的起考验。我深深的感觉到团队的力量是强大的，齐心合力更是重要的，一个人的思想是片面的，但几个人的思想

12、集中起来就非常完美了。只有真正努力过了，才会懂得其中的滋味，才会有胜利的喜悦和失败的遗憾。在此感谢各位老师的帮助与支持。结束语：本系统以单片机为核心部件，利用光电检测技术和一定的电子电路设计技术实现了智能公交车在黑色轨迹上自动寻迹行驶、自动报站的功能，在设计过程中，力求线路简单，充分发挥软件的灵活性来满足系统设计的要求。但因时间有限，系统还存在一些误差和有待改进的地方。参考文献 ：1 陈永真 全国大学生电子设计竞赛试题精解 电子工业出版社 20072 王松武 于鑫 武思君 电子创新设计与实践 国防工业出版社附录1.软件设计的流程图及程序开始初始化k=0K=寻迹停站，显示第一站停站，显示第二站停

13、车，显示为终点第三站k+检测到停站前得黑带，且k=0检测到停站前得黑带，且k=2检测到停站前连续两条黑带，且k=3寻光结束 #include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit moto1=P11; /写上你们单片机的IO口就行。sbit moto2=P12; sbit en1=P13; sbit en2=P14; /*循迹口 5个红外传感器*/sbit left1=P00; /*左边传感器*/sbit left2=P01;sbit mid=P02; /*黑线位置*/sbit right1=P03;sbit right

14、2=P04; /*右边传感器*/sbit fm=P15; sbit gm=P06;sbit hou=p16; /*延时函数*/ void delay(unsigned int k) /*k为毫秒*/ unsigned int i,j; for(i=k;i0;i-) for(j=110;j0;j-); /*寻光函数*/ void xunguang1() P2=0X30;fm=0;delay(300);fm=1; void xunguang2() P2=0X6D;fm=0;delay(300);fm=1;delay(200);gm=0;delay(300);gm=1;fm=0;delay(300)

15、;fm=1;/*初始化函数*/ void init() en1=0; en2=0; moto1=1; moto2=1; left1=1; left2=1; mid=1; fm=1;void qianjin()/*直行*/ en1=1; en2=1; moto1=1; moto2=1;void left()/*左转函数*/ en1=0; en2=1; moto1=0; moto2=1;void right()/*右转函数*/ en1=1; en2=0; moto1=1; moto2=0;void stop()/*停止函数*/ en1=0; en2=0; moto1=0;/*全部电机停止*/ mo

16、to2=0;void xunji() /*循迹函数*/ uchar flag; if(left1=1)&(left2=1)&(mid=0)&(right1=1)&(right2=1)/*中间检测到黑线*/ flag=0; else if(left1=1)&(left2=1) &(mid= 0)&(right1=0)&(right2=1)/*右边1灯检测到黑线*/ flag=1; else if(left1=1)&(left2=1)&(mid=1)&(right1=0)&(right2=1)/*右边1灯检测到黑线*/ flag=2; else if (left1=1)&(left2=1)&(mi

17、d= 1)&(right1=0)&(right2=0)/*右边12灯检测到黑线*/ flag=3; else if(left1=1)&(left2=1)&(mid=1)&(right1=1)&(right2=0)/*右边2灯检测到黑线*/ flag=4; else if(left1=1)&(left2=0)&(mid=0)&(right1=1)&(right2=1)/*左边1灯检测到黑线*/ flag=5; else if(left1=1)&(left2=0)&(mid=1)&(right1=1)&(right2=1)/*左边1灯检测到黑线*/ flag=6; else if(left1=0)

18、&(left2=0)&(mid=1)&(right1=1)&(right2=1)/*左边12灯检测到黑线*/ flag=7; else if(left1=0)&(left2=1)&(mid=1)&(right1=1)&(right2=1)/*左边2灯检测到黑线*/ flag=8; else if(left1=0)&(left2=0)&(mid=0)&(right1=0)&(right2=0)/*全部灯检测到黑线*/ flag=9; switch (flag) case 0:qianjin(); break; case 1:right(); break; case 2:right(); break; case 3:right(); bre